Viel Aufwand für nichts!

Der Installationsaufwand in Anwendungen mit Bildverarbeitungssystemen ist enorm und in vielen Fällen absolut unnötig. Wieso das so ist und welche Möglichkeiten es gibt, dieser Kostenfalle zu entgehen, beschreibt dieser Beitrag.

Margendruck! Mit diesem Begriff dürften insbesondere Schweizer Maschinen- und Anlagenbauer bestens vertraut sein. Notierte der Franken 2012 noch bei 1,60 Euro, erreichte der Alpendollar im Sommer 2022 zum ersten Mal die Parität. Für die Export-orientierte Branche eine schmerzhafte Entwicklung. Um im globalen Wettbewerb bestehen zu können, muss diese seither ihre Lösungen oftmals mit geringem oder überhaupt keinem Gewinn verkaufen.

Nun mögen ein oder zwei solcher Geschäftsjahre verschmerzbar sein. Doch werden diese zum Dauerstand wie durch die anhaltende Frankenstärke, geraten selbst solide aufgestellte Unternehmen irgendwann einmal an ihre Grenzen. Was aber tun, um konkurrenzfähig zu bleiben?

Bildverarbeitung mit komplexen Installationsaufwand

Die Antwort ist klar, die Kosten müssen runter! Doch wie? Die bisherigen Ansätze ähneln sich erschreckend oft und sind vor allem eines, nicht nachhaltig. Entweder verlagern die Betroffenen ihre Produktion oder drücken die Zulieferer im Preis. Wie geht es aber weiter, wenn diese Stellschrauben am Anschlag sind? Daher favorisiert Felix Kottmann von der Murrelektronik AG in Beringen einen anderen Ansatz: «Ein modernes Installationskonzept greift in allen Branchen und senkt sofort die Arbeits- und Materialkosten.»

Einen Bereich, den der System Sales Engineer hierbei für besonders prädestiniert hält, ist die Bildverarbeitung. Der Grund: Hier steht die Anzahl installierter Kameras in einem direkten Zusammenhang zur Taktrate und der erforderlichen Präzision. Erhöhen sich das Sichtfeld und die zu überprüfenden Produktmerkmale, braucht es für eine gleichbleibende Taktrate zusätzliche Kameras.

Was das in der Praxis bedeutet, weiss jeder, der schon einmal ein Schema erstellen musste. Jedes weitere Bildverarbeitungssystem erhöht dessen Komplexität, da von jeder Kamera zwölf Leitungen in den Schaltschrank gehen. Daher ist es auch nicht weiter verwunderlich, das entsprechende Zeichnungen schnell einmal 30 und mehr Seiten einnehmen. Den umfangreichsten Schaltplan, den Felix Kottmann in seiner bisherigen Laufbahn in die Hände bekam, umfasste 37 Seiten für 64 Kameras.

Kostenfalle Bildverarbeitung

Der Aufwand beginnt also schon bei der Planung und der Dokumentation. Richtig knackig wird es aber erst recht für den Elektroinstallateur, der für jede Kamera zwölf Adern abisolieren und im Schaltschrank auflegen muss. Im genannten Beispiel mit den 64 Kameras sind das 768 Reihenklemmen.

Das Kuriose dabei! Von diesen zwölf Polen, die der Monteur im Schaltschrank auflegt, braucht es in 90 Prozent aller Anwendungen lediglich vier Adern: Plus und Minus für die Spannungsversorgung sowie eine Ader fürs Triggersignal und eine weitere Ader als Rückmeldekontakt oder fürs Encodersignal. Die übrigen Pole sind Funktionen vorbehalten, die es nur in wenigen Spezialfällen braucht. In manchen Applikationen genügen sogar nur zwei Leitungen für die Spannungsversorgung, da die IP-Kommunikation über einen Switch erfolgt.

«Es werden also mindestens acht Leitungen durch die Anlage gezogen, die es gar nicht braucht», erklärt Felix Kottmann. Unglücklicherweise ist es auch nicht damit getan, diese nur zu erden. Weil über diese Adern weitere wie die serielle Schnittstelle (RS232) übertragen werden, muss jede Ader geschrumpft und sauber im Kabelkanal oder auf einer potenzialfreien Stützklemme aufgelegt werden. Unterlässt der Installateur diesen Schritt, droht ein Kurzschluss oder schlimmeres.

Für die oben genannte Applikation mit 64 Kameras also sehr viel Aufwand für nichts! Auf den Hutschienen befinden sich 512 Klemmen, deren einzige Funktion es ist, nicht benötigte Adern sauber zu versorgen. Dazu kommen die höheren Kosten für einen grösseren Schaltschrank und hunderte Meter Kupferleitungen, die es ebenfalls nicht braucht. Darüber hinaus erschweren die zwölf-poligen Leitungen später den Service und den Unterhalt, da diese schwerer in der Handhabung sind.

Reduktion von Arbeitszeit und Materialkosten

Wie kommt es aber, dass zwölf-polige Leitungen seit Jahren wie selbstverständlich durch Maschinen und Anlagen gezogen werden, obwohl zwei Drittel der Pins gar nicht benötigt werden? Die Antwort darauf ist einfach wie enttäuschend: Es hat sich bislang keiner darüber Gedanken gemacht! Das beginnt bei den Kameraherstellern, die ihren Anwendern keine nachhaltigen Installationskonzepte anbieten. Letztere kaufen die Kameras, erhalten zu diesen ein zwölf-poliges Anschlusskabel und mit etwas Glück noch einen entsprechenden M12-Stecker mit offenem Ende – das ist es dann aber auch!

Nun wäre es leicht, die Schuld für überbordende Kabelkanäle und Schaltschränke voller Reihenklemmen ohne Funktion den Kameraherstellern zu geben. Tatsache ist aber, dass die Steckverbinderhersteller diesen Zusammenhang bisher ebenfalls nicht erkannt haben. «Daher ist die Erkenntnis, dass 75 Prozent der Signale nicht benötigt werden, der wahre Game-Changer für den Maschinen- und Anlagenbauer», ist Felix Kottmann überzeugt.

Und diesen Game-Changer präsentiert Murrelektronik seit kurzem in Form eines vier-poligen Verbindungskabels für Bildverarbeitungssysteme, das gemeinsam mit Cognex entwickelt wurde. Der Anwender muss nur noch vier anstatt zwölf Kabel durchs Feld ziehen und im Schaltschrank auflegen. Das verkürzt die Installationszeit um Faktor drei, zudem reduzieren sich die Kosten für Hardwarekomponenten massiv. Es braucht nur ein Drittel der Reihenklemmen und natürlich kostet ein vier-poliges Anschlusskabel nur den Bruchteil eines zwölf-poligen. Ein weiteres Plus: Durch den Verzicht auf alles Überflüssige werden die Maschinen und Anlagen leichter und schlanker, lassen sich schneller verpacken, günstiger transportieren und später auch wieder deutlich zügiger aufstellen.

Letzter Schritt hin zu Zero Cabinet

In Kombination mit dem Hybrid-Switch bietet das vier-polige Kabel übrigens ein noch viel grösseres Einsparpotenzial. Über den Hybrid-Switch lassen sich mittels des Verbindungskabels (7490-40507-xxxyyy) direkt Leistung, Trigger sowie Encoder abgreifen. Direkt daneben sitzt ein X-codierter Gigabit Ethernet Port, welcher die Integration ins übergeordnete Netzwerk realisiert. Durch die Ausführung in IP67 lässt sich der Hybrid-Switch ausserdem im Feld in direkter Nähe der Kameras platzieren. Dadurch entfallen auf einen Schlag mehrere hundert Meter kostspieliger Datenleitungen. «Damit schafft der Hybrid-Switch den Übergang vom Schaltschrank hin zum Zero-Cabinet-Ansatz», sagt Felix Kottmann.

Möglich ist das deshalb, weil der Hybrid-Switch als vollwertiger Managed Switch alle (Sicherheits-) Funktionen integriert, die es für moderne Automationskonzepte braucht. So lassen sich über den integrierten Webserver diverse Einstellungen vornehmen, wobei LEDs unter anderem Leistung und Konnektivität signalisieren. «Ausserdem erkennt man, welche Kamera gerade Daten überträgt. Das ist vor allem bei der Inbetriebnahme praktisch», schwärmt der Automatisierungsexperte. Deutlich macht er das an einem Beispiel: «Mit dem Switch lassen sich die Kameras zu jeder Zeit über den Webserver neu starten, ansteuern oder für Inspektionen konfigurieren. Das spart enorm viel Zeit!»

Dieses Zusammenspiel reduziert aber auch bei Störungen den Zeitaufwand. Was passiert in oben genannter Anwendung mit den 64 Kameras bei einem Ausfall? «Man kennt zwar die IP-Adresse, aber das hilft nicht, wenn die Kameras räumlich kompakt verbaut sind», weiss Felix Kottmann und ergänzt: «Mit dem Hybrid-Switch lassen sich Kameras gruppieren. Bei einem Problem lässt man einfach den betroffenen Port am Hybrid-Switch blinken und lokalisiert den Fehler problemlos und schnell.»

Dieser letzte Schritt hin zu Zero Cabinet ist für Felix Kottmann denn auch der wichtige und entscheidende Schritt hin zu mehr Marge: «Dazu muss man nicht BWL studiert haben, um das Einsparpotenzial zu erkennen. Zwei Drittel weniger Aufwand für die Installation und an Materialkosten schlagen sich am Ende positiv in der Bilanz durch.»